JP2008215358A - 風の流れの方向に回転する、水平軸型風車による発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現在活躍中のプロペラ型風力発電機は、細長い３枚の羽が、風を受ける円面積に対し、通過してしまう風エネルギーが多すぎて、効率的に充分でないと考えられる。
【解決手段】 そこで今回、横軸型・抗力型風力発電機を提案するのである。
これは、蝶番型羽を多数格子状に並べたものを１枚の大羽枠の先端部に寄せて取りつけ、この大羽を水平主軸に６枚取りつけるのである。そしてこの蝶番型羽の開閉構造は、電動アクチェーターで２本の直線棒状チェーンを、夫々逆方向に動かすことで、このチェ−ンにあてがった同軸歯車が、夫々逆方向に回転し、この軸の先端に取り付けた羽が開閉するのである。この構造を利用して、本体の上部で羽を板状にして強力な風圧を得て、他の角度では格子状にして、回転風圧を最小にすることで、風力発電の飛躍的な力率増大を図ろうとするのである。
【選択図】図１

Description

この発明は、細長い蝶番型の羽を、多数格子状に並べたものを１枚の大羽として、これを６枚主軸に取り付けて、主軸より上部の、風力が強く当たる角度で板状を保ち、他の角度の羽は格子状にして、回転による逆風圧の抵抗が最小になる様考案した、風車による発電装置である。

従来の風車は、プロペラ型の場合は、風の流れを斜めに受ける構造になっていて、力率も専門書によれば ６０％と悪く、羽の枚数もソリディティの理論により、枚数が少ない程回転数も増え効率も良くなり３枚が限度とのこと、
また、強度対策で羽幅も細長いものとなる。つまり風車が風を受ける円面積に対し、３枚の羽自体のもつ総面積が極めて小さく、風の有効利用に疑問があった。また他の型の風車も、回転による逆風圧の抵抗をどうしても除去できなかった。
関西特許情報センターにて、昭和６０年―平成１６年までの公報のＦ０−３Ｄ部門を閲覧した。 パワー社 小型風車ハンドブック 牛山 泉 山野正洋 著 パワー社 風力発電入門 清水 幸丸 著 パワー社 風 風車のＱ＆Ａ １２０ 松本 文雄 著 三和工業商報 ２００６年度版

それは、風力発電１台当たりの、出力向上を図らねばならない、なぜなら、風力発電の現状は、設備費と発生電力から割り出した料金が、一般の電力料金と比較して、極めて割高である為、国費で埋め合わされて売電が成り立っているて、将来問題が残る。

また、立地面で、風況条件が良くても、狭くて険しい場所は、複数台設置が無理で放置されていた。このような場所でも、設置可能にするにはやはり、１台当たりの出力向上を図らねばならない。

課題を解決する為の手段

その手段は、従来のプロペラ型から、今回提案した、蝶番型羽を多数格子状に並べた大羽を使った、水平軸型風車を採用することで解決できると考えるのである。

発明の効果

本案は、従来の風車より風圧を受ける面積が大きくなり、トルクも増大すること、また、羽も短く設定出来るため、山頂などへの運搬が容易なこと、更に本体の上部のみで風圧を利用する為、タワーも低く設定出来ること、これにより基礎工事費が節約できること、また、極端な高空での取り付け作業も不要になる。その他、景観に対する苦情も緩和される。

発明を実施する為の最良の形態

まず、図２に示す様、パイプ状の軸の中に他の軸を通し、この２本の軸の先端に夫々、スプロケットギヤー、７、を取り付け、反対側には細長い羽を取り付け、図Ｉに戻って右上の拡大図に示す、電動アクチェーター、８、を左右に設け、直線状チェーン、６、を左右に動かすと、複数の各羽は鳥の羽の如く、板状、、波状、、格子状、に変化する。
これを利用し本体の上部で板状にして、最大風圧を受ける様にするのである。

また、図Ｉにおいて、羽の開閉方法に電動アクチェーターを選択した理由は、電源を、ＯＦＦにしても、他の力で伸縮棒が押し戻される心配が無いことにある。

ここで、市販されている電動アクチェーターは、すべて単相交流モーターを使用していて、風車のような時間的に不規則な運動をする機器には適さない、といってモーターの回転方向を決定する進相コンデンサーの場所を入れ替える為の線を引き出して、手元でコントロールする方法にしても複雑になる。そこで直流モーターに取り替える改造をするのである。

尚、この電動アクチェーター用の直流電源は、発電機の励磁用電源を利用し、固定導電円盤、９、からカーボン端子を経て確保するのである。
また、カーボン端子を４本にしたのは、各羽が開いた時のストッパースイッチがＯＦＦになり、これをＯＮに復帰させる為に、３路スイッチ方式、を採用する、その為にカーボン端子を２本追加したのである。

図Ｉにおいて、各羽を先端部に寄せたのは、主軸近くは風車の回転力にあまり貢献していないこと、また羽自体が短くなることで、強度的、材料費、重量、等有利になるのであるる

図Ｉの、５、は風車の下部は格子状になるといえども、逆風圧の影響を受けるので、遮風プレート、４、を設けたのである。また、台風時にはこのフレートの破損を防ぐ為に、９０°回転させて水平になるようにしたのである。

さらに、台風の襲来時には、固定導電円盤の中央部の導電部を利用し、手動で全体の羽を格子状にするのである。また、この導電部は、台風の後の無風時に中央に静止した羽を、手動で再起動させる時にも利用するのである。

図Ｉの、１、は風向センサーであり、基礎部に設けたギヤーモートルにより、風向を追尾するのである。またここは、風速センサーでもあり、強風時には制御部へ伝達して、各羽を閉じるのである。

図Ｉの、２、はメンテナンス時の安全を考え、ブレーキ部、安全ピン部、逆転防止カム部を設けたのである。

図Ｉの、３、は風車が屋外設備である為、太陽熱による歪みが発生する、そこで、パイプ状の本体主軸の内側に別の軸を通し、この軸の両端を固定することで、この歪みを防止するのである。これは主軸の軸受け部を保護する為なのである。

砂漠化が心配される地帯で、地下水汲み上げ用ポンプへの電源が遠すぎると、電線を引く経費が莫大なものになる、また、他の水系から水を誘導するにしても同じことが言える、ここで風力発電が役に立つのである。

また、極寒地でのハウス栽培用暖房に、風力発電の利用が考えられる。

風力発電機の正面図である 羽セットの上面図と正面図である 固定導電円盤の図である 風力発電機の側面図である

符号の説明

１ 風向・風速センサー
２ ブレーキ部、安全ピン部、逆転防止カム部
３ 熱歪み防止固定部
４ 遮風プレート
５ 風向追尾用ギヤーズモーター
６ 直線棒状チェーン
７ スプロケットギヤー
８ 電動アクチェーター
９ 固定導電円盤

Claims (1)

1. 多数の蝶番型羽を格子状に並べて１枚の大羽の形として、風車の水平軸に６枚取り付けこの蝶番型羽を、電動アクチェーターを使って、上部で板状にして最大の風圧を受け、他の角度では格子状にして回転による風圧抵抗が最小になる様考案した風車の構造

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